密码技术--对称加密算法及Go语言应用

Posted 2021-09-13 Yuan_sr

对称加密算法

DES

Data Encryption Standard （数据加密标准）是1977年美国联邦信息处理标准（FIPS）中所采用的一种对称密码。DES一直以来被美国以及其他国家的政府和银行等广泛应用，然而，随着计算机的进步，现在DES已经能够本暴力破解，强度大不如以前了。

RSA公司举办过破译DES密钥的比赛（DESChallenge），比赛的结果为：

• 1977年比赛中用了96天破解
• 1998年第一次比赛用了41天破解
• 1998年第二次比赛用了56小时
• 1999年第三次比赛中只用了22小时15分钟就被破解了

由于DES的密文可以在短时间内被破解，因此除了它来解密以前的密文外，现在我们不应该使用该算法了，不安全。

DES的加密解密

DES时一种将64比特的明文加密成64比特的密文的对称密码算法，它的密钥长度是56比特，尽管从规格上来说，DES的密钥长度是64比特，但由于每隔7比特会设置一个用于错误检查的比特，因此实质上其密钥长度是56比特。

总结：

• 现在使用DES方式加密，数据还安全吗？

  • 不安全，已经被破解

• 是不是分组密码？

  • 是，先对数据进行分组，然后再加密或解密

• DES的分组长度？

  • 8byte==64bit

• DES 的秘钥长度？

  • 56bit秘钥长度+8bit错误检查标志位=64bit==8byte

3DES

Triple-DES，三重DES--使用DES三次加密

总结：

• 3DES安全吗？

  • 安全，但是效率低

• 算法描述？

  • 进行了三次DES加密

• 是不是分组算法？

  • 是

• 3DES分组长度？

  • 8byte

• 3DES秘钥长度？

  • 24byte，在算法内部会被平均分成3份，目的是兼容DES

• 3DES加密过程？

  • 秘钥1->加密->，秘钥2->解密，秘钥3->加密

• 3DES解密过程？

  • 秘钥1->解密->，秘钥2->加密，秘钥3->解密

DES-CBC模式加解密Go实现

package main

import (
    "crypto/cipher"
    "crypto/des"
)

//明文数据填充
func paddingLastGroup(plainText []byte, blockSize int) []byte {
    //1.计算最后一个分组中明文后需要填充的字节数
    padNum := blockSize - len(plainText)%blockSize
    //2.将字节数转换为byte类型
    char := []byte{byte(padNum)}
    //3.创建切片并初始化
    newPlain := bytes.Repeat(char, padNum)
    //4.将填充数据追加到原始数据后
    newText := append(plainText, newPlain...)

    return newText
}

//去掉明文后面的填充数据
func unpaddingLastGroup(plainText []byte) []byte {
    //1.拿到切片中的最后一个字节
    length := len(plainText)
    lastChar := plainText[length-1]
    //2.将最后一个数据转换为整数
    number := int(lastChar)
    return plainText[:length-number]
}

//des加密
func desEncrypt(plainText, key []byte) []byte {
    //1.建立一个底层使用的des密码接口
    block, err := des.NewCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    //2.填充明文数据(这里必须填充，不管原始明文是否能被块长度整除)
    groupData := paddingLastGroup(plainText, block.BlockSize())
    //3.选择加密模式
    iv := []byte("12345678")
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
    //4.加密
    cipherText := make([]byte, len(groupData))
    blockMode.CryptBlocks(cipherText, groupData)
    //blockMode.CryptBlocks(groupData, groupData) //这样也可以，官方文档中说明传入传出参数可指向同一地址
    return cipherText
}

//des解密
func desDecrypt(cipherText, key []byte) []byte {
    //1.创建一个des底层密码接口
    block, err := des.NewCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    //2.选择解密模式
    iv := []byte("12345678") //初始化向量必须和加密时的一样
    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
    //3.解密
    padText := make([]byte, len(cipherText))
    blockMode.CryptBlocks(padText, cipherText)
    //4.去填充数据
    plainText := unpaddingLastGroup(padText)
    return plainText
}

func main(){
    fmt.Println("des 加解密")
    key := []byte("1q2w3e4r")
    src := []byte("DES  --Data Encryption Standard （数据加密标准）是1977年美国联邦信息处理标准（FIPS）中所采用的一种对称密码。DES一直以来被美国以及其他国家的政府和银行等广泛应用，然而，随着计算机的进步，现在DES已经能够本暴力破解，强度大不如以前了。由于DES的密文可以在短时间内被破解，因此除了它来解密以前的密文外，现在我们不应该使用该算法了，不安全。")
    cipherText := desEncrypt(src, key)
    plainText := desDecrypt(cipherText, key)
    fmt.Println("解密后的数据为：", string(plainText))
}

AES

Advanced Encryption Standard(高级加密标准)，AES是取代DES的一种对称密码算法，底层算法为Rijndael，该底层算法是有比利时密码学家设计的分组密码算法。

Rijndael的分组长度为128比特，密钥长度可以以32比特为单位在128比特到256比特的范围内进行选择，在AES的规格中，密钥长度只有128、192、256比特三种

128bit = 16字节

192bit = 24字节

256bit = 32字节

在go提供的接口中只支持16字节长度的密钥长度

总结：

• AES安全吗？

  • 安全，效率高，推荐使用

• 是不是分组密码？

  • 是

• AES分组长度？

  • 128bit = 16字节

• AES密钥长度？

  • 128bit = 16字节
  • 192bit = 24字节
  • 256bit = 32字节
  • 在go提供的接口中只支持16字节

AES-CTR模式加解密Go实现

package main

import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
)

//aes加密
func aesEncrypt(plainText, key []byte) []byte {
    //1.建立一个底层使用的aes密码接口
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    //2.ctr模式不需要数据填充
    //3.选择加密模式
    iv := []byte("12345678qwertyui")  //不需要初始化向量，go接口中的iv可以理解为随机数种子，iv的长度等于明文分组长度，并不是真正的初始化向量
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)
    //4.加密
    stream.XORKeyStream(plainText, plainText)
    return plainText
}

//aes解密
func aesDecrypt(cipherText, key []byte) []byte {
    //1.创建一个aes底层密码接口
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    //2.选择解密模式
    iv := []byte("12345678qwertyui") //随机数种子,长度为16位
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)
    //3.解密
    padText := make([]byte, len(cipherText))
    stream.XORKeyStream(padText, cipherText)
    return padText
}

func main(){
    fmt.Println("aes 加解密")
    key := []byte("1q2w3e4r")
    src := []byte("AES  --Advanced Encryption Standard(高级加密标准)\\nAES是取代DES的一种对称密码算法，底层算法为Rijndael，该底层算法是有比利时密码学家设计的分组密码算法。\\nRijndael的分组长度为128比特，密钥长度可以以32比特为单位在128比特到256比特的范围内进行选择，在AES的规格中，密钥长度只有128、192、256比特三种,在go提供的接口中只支持16字节长度的密钥长度，加密和解密的函数接口是一个，原因是异或一次就是加密，异或两次就是解密，因此没必要实现为两个接口")
    cipherText := desEncrypt(src, key)
    plainText := desDecrypt(cipherText, key)
    fmt.Println("解密后的数据为：", string(plainText))
}